模拟电子技术基础基本放大电路

§2.1放大的概念与放大电路的性能指标§2.2基本共射放大电路的工作原理§2.3放大电路的分析方法§2.4静态工作点的稳定§2.5晶体管放大电路的三种接法§2.6场效应管及其基本放大电路§2.7基本放大电路的派生电路第2章基本放大电路§2.1放大的概念与放大电路的主要性能指标2.1.1、放大的概念2.1.2、放大电路的性能指标2.1.1、放大的概念（瞬时模型）放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电由于任何稳态信号都可以分解为若干频率正弦信号（谐波）的叠加，所以放大电路常以正弦波作为测试信号。重要概念：放大电路中既有直流信号，也有交流信号（电压、电流、功率）。当三极管、场效应管工作在线性区域时，根据叠加原理，直流信号、交流信号可以分开讨论。这样能简化运算过程，节省运算时间，在模电中广泛采用这一方法。2.1.2、性能指标(交流电路)信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数互阻放大倍数电流放大倍数互导放大倍数1.放大倍数：输出量与输入量之比2.输入电阻将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。iiiIUR输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻3.输出电阻将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。Lo'oLoo'oo)1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值4.通频带由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率LHbwfff5.非线性失真由元器件非线性特性引起的失真。非线性失真系数21213212)(......)()(AAAAAADn输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数。6、最大不失真输出电压Uom(交流有效值)7、最大输出功率Pom和效率η(功率放大电路的参数)POm输出信号不失真情况下，负载上能获得的最大功率PV电源消耗功率OmVPP输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。课程回顾(1)重要概念：当三极管、场效应管工作在线性区域时，根据叠加原理，直流信号、交流信号可以分开讨论。这样能简化运算过程，节省运算时间，在模电中广泛采用这一方法。(2)性能指标(交流电路)ouiUAU放大倍数：输入电阻iiiIURLo'oLoo'oo)1(RUURUUUR输出电阻§2.2基本共射放大电路的工作原理2.2.1、电路的组成及各元件的作用2.2.2、设置静态工作点的必要性2.2.3、波形分析2.2.4、放大电路的组成原则本节将以NPN型晶体管组成的基本共射放大电路为例，阐明放大电路的组成原理及电路中各元件的作用。2.2.1、电路的组成及各元件的作用（瞬时通路）VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。VCC：使UCE≥UBE，同时作为负载的能源。Rc：将变化的集电极电流转换为电压输出。。共射2.2.2、设置静态工作点的必要性一、静态工作点输入交流电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。其中，UBEQ已知，对于硅管0.7V；（对于锗管0.2V）；cCQCCCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVI－＝求解举例：（直流通路）二、为什么要设置静态工作点去掉VBB后，IBQ=0,输出电压必然失真！对于放大电路的基本要求，一是不失真，二是能够放大。为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！2.2.3、基本共射放大电路的波形分析(定性分析、找找感觉)输出和输入反相！动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！IBQICQ2.2.3共发射极放大电路的工作原理及波形分析RB+ECRCC1C2iCuCuo各点波形iBiBuiuCuo2.2.4、放大电路的组成原则•静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。•动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。•对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路将两个电源合二为一有直流分量有交流损失CCBEQBEQBQb2b1CQBQCEQCCCQcVUUIRRIIUVIR－＝静态工作点（2）阻容耦合放大电路耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。动态时，C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQuBE＝ui＋UBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。CCBEQBQbCQBQCEQCCCQcVUIRIIUVIR－＝静态工作点瞬时电路步骤：先画直流通路，再计算。例题2.2.1现有一个直流电源，使用一只PNP型管组成共射放大电路。（电阻、电容若干）解：要点：（1）发射结正偏，集电结反偏；（2）动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。（C）输入端为直接耦合的共射放大电路；（d）输入端为阻容耦合的共射放大电路；§2.3放大电路的分析方法2.3.1、放大电路的直流通路和交流通路2.3.2、图解法2.3.3、等效电路法(2-27)放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真PSpice2.3.1、放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路：①交流信号Us=0；②电容开路；③电感相当于短路。2.交流通路：①大容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用(小信号-非线性电路在一定范围内用线性电路分析)，引入直流通路和交流通路的概念。基本共射放大电路的直流通路和交流通路直流通路交流通路举例1:图2.3.1电容电感电压源电流源直流通路开路短路保留保留交流通路短路保留短路开路举例2：图2.3.2直流通路交流通路电容电感电压源电流源直流通路开路短路保留保留交流通路短路保留短路开路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路举例3：图2.3.3电容电感电压源电流源直流通路开路短路保留保留交流通路短路保留短路开路注意：在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则；求解静态工作点时应利用直流通路；求解动态参数时应利用交流通路，两种通路切不可混淆。课程回顾一.直流通路和交流通路的画法•1.直流通路：①交流信号Us=0；②大电容开路；③电感相当于短路。•2.交流通路：①大容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路。注意：在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则；求解静态工作点（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ）时应利用直流通路；求解动态参数（、、）时应利用交流通路，两种通路切不可混淆。uAiRoR2.3.2、图解法（已知放大管的实测特性曲线）bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回路负载线QIBQUBEQ1.静态分析:(△ui=0)图解二元方程cCCCCERiVu输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线2.电压放大倍数的分析:(△uI不等于0时)符号为“－”。反相，与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(bBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不变3.波形非线性失真的分析（1）正常情况下QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线QQ`Q``ICQVCEQtt20uA40uA60uAUo（2）截止失真bBBBBERiVu消除方法：升高Q点。t截止失真是在输入回路首先产生失真！（3）饱和失真•消除方法：降低Q点。：饱和失真是输出回路产生失真。•最大不失真输出电压Uom：比较（UCEQ-UCES）与（VCC－UCEQ），取其小者，除以。•最大不失真输出电压Uom：比较（UCEQ-UCES）与（VCC－UCEQ），取其小者，除以。2QQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAuCE=VCC–iCRC与输出特性的交点就是Q点4、直流负载线与交流负载线直流负载线：（1）通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为-1/R'L。交流负载线确定方法：R'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。动态信号遵循的负载线称为交流负载线。cecLuiR（2）.交流负载线与直流负载线相交Q点。注：对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线和交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路，则只有在空载时两条直线才合二为一。5、图解法的适用范围在实际应用中，多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压和失真情况。2.3.3、等效电路法•半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。1.直流模型：适于Q点的分析cCQCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVICC－＝利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。2.3.3、等效电路法•半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。1.直流模型：适于Q点的分析理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。cCQCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVICC－＝输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源使用条件：发射结正偏，集电结反偏。2.晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）•在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。)()(CEBCCEBBEuifiuifu，，低频小信号模型简化的h参数等效电路－交流等效模型beTbebb'bEQUUrr(1)IIUT=kT/q,常温下为26mA.基区体电阻由IEQ算出•最大不失真输出电压Uom：比较（UCEQ-UCES）与（VCC－UCEQ），取其小者，除以。•最大不失真输出电压Uom：比较（UCEQ-UCES）与（VCC－UCEQ），取其小者，除以。21、图解法QQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uA课程回顾QQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA2040602晶体管的简化h参数等效模型（低频小信号模型、交流等效模型）beTbebb'bEQUUrr(1)IIUT=kT/q,常温下为26mA.基区体电阻由IEQ算出3.放大电路的动态分析ouiUAU(1)电压放大倍数(2)输入电阻(3)输出电阻iiiURIsoooU0URI解释：现令信号源电压为零；然后在输出端将负载去掉，并加一正弦波测试信号UO，必然产生动态电流IO.)()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebciorRRUUAuiibbeiURRrIcoRR放大电路的交流等效电路soooU0URI例题2.3.2(1)、静态工作点cCQCCCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVI－＝(2)、动态分析Tbebb'EQUrr(1)IbebciorRRUUA